CN109489883A - 大尺寸模型试验用矮塔斜拉桥拉索锚固及索力测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于结构部件的振动测试；结构部件的冲击测试技术领域，公开了一种大尺寸模型试验用矮塔斜拉桥拉索锚固及索力测试装置，包括：调索螺杆；调整接头右侧贯穿拉索导向管，拉索导向管内部贯穿有斜拉索，斜拉索缠绕主线轴上，调整接头内部下侧卡设有卡丝装置，调索螺杆下端焊接主线轴上端，调索螺杆通过螺母固定在调整接头上端，螺母和调整接头之间垫设有固定垫片、调索螺杆上端螺接调节把手；调整接头左侧贯穿主梁锚固螺杆，主梁锚固螺杆套接有S形钢筋计、主梁锚固螺帽，主梁锚固螺帽之间垫设有防滑垫圈。本发明使得大尺寸矮塔斜拉桥模型中斜拉索受力接近真实受力情况，并能方便快捷地实现索力的调整及索力的测试，简单易行，精度更高。

Description

大尺寸模型试验用矮塔斜拉桥拉索锚固及索力测试装置

技术领域

本发明属于结构部件的振动测试；结构部件的冲击测试技术领域，尤其涉及一种大尺寸模型试验用矮塔斜拉桥拉索锚固及索力测试装置。

背景技术

目前，业内常用的现有技术是这样的：矮塔斜拉桥属于多次超静定体系，其受力性能介于连续刚构桥和斜拉桥之间，为对其受力性能进行分析，目前多采用模型试验的方法在室内进行研究，结构模型试验的几何尺寸比原型小，制作容易，装拆方便，且同一个模型可以进行多个不同工况的模拟试验。目前，对于不同相似比例，不同材料的矮塔斜拉桥模型，斜拉索截面在进行相似计算后尺寸和初拉力值均较小，其锚固形式和索力测试较实际工程不尽相同。矮塔斜拉桥模型在实验室进行时拉索的锚固一般是将拉索一次性张拉到所需值后用卡扣锁死，而忽略了后期施工过程对索力的影响，矮塔斜拉桥属于高次超静定结构，施工中的每一步都会引起整个已建桥梁结构内力和索力的改变，桥梁在建设过程中既要注意施工过程中已建结构的安全性，又要考虑成桥状态全桥的结构安全性，因此施工中的索力和成桥索力差别很大，如果将索力固定在施工阶段，成桥阶段的索力将无法保证，可能导致桥梁整体线形不平顺或部分索力超限，增加通车后车辆在桥上颠簸甚至使桥梁拉索断裂的危险，因此拉索的索力在整个施工过程中需要多次调整，才能达到设计要求。该方法对索力的调整非常不便，且对张拉值的控制精度不高。对模型的索力测试方法一般采用在拉索中部安装S形钢筋计，由于斜拉索太细，传感器在连接时很难固定，且传感器的质量相对于试验模型的拉索而言较大，与斜拉索串联后，斜拉索容易发生滑脱、松弛，锚固系统失效，整个拉索的质量、刚度等性质均发生改变，导致实验数据误差较大。模型试验是根据实际的桥梁结构按照一定比例进行缩尺，在不改变实验结果规律的前提下，进行研究的一种手段。与实际工程相比，模型试验的比例通常仅能达到原尺寸的1/20，结构复杂敏感。目前没有专门用于模型试验的索力测试传感器，只能使用实际桥梁在钢筋上采用的最小型传感器(S形传感器)开展试验，而实际矮塔斜拉桥由于结构巨大，其跨径可达400m左右，塔高小于30m，斜拉索的索力测试传感器尺寸相对模型试验的单根钢绞线而言重量较大，采用常规的与斜拉索直接串联的连接手法会导致传感器和拉索无法良好固定，产生相对滑移，引起测试结果的偏差。按照以往的测试结果看来，每24小时索力会自动松脱10％～30％，严重影响实验的准确性。

综上所述，现有技术存在的问题是：

(1)现有技术采用在拉索中部安装S形钢筋计，由于斜拉索太细，传感器在连接时很难固定，且传感器的质量相对于试验模型的拉索而言较大，与斜拉索串联后，斜拉索容易发生滑脱、松弛，锚固系统失效，整个拉索的质量、刚度等性质均发生改变，导致实验数据误差较大。

(2)现有模型试验中易因卡索不牢引起的调索不方便、成本较高、较测试索力精度偏低。

解决上述技术问题的难度和意义：

室内模型试验用斜拉索受实桥设计和缩尺比例的限制，为使缩尺后的室内模型与实际工程受力状态具有可比性，只能使用单根钢绞线进行实验。目前实际矮塔斜拉桥中多采用7根钢绞线拧成一束，根据受力需要配置35～90束钢绞线组形成一根斜拉索，全桥配置几十根斜拉索协助桥面系承受车辆，行人及环境荷载。而实验室用桥梁模型缩尺后每根斜拉索只能采用直径仅15.2mm的单根钢绞线，且该钢绞线在实验的过程中需要根据施工过程随时调整拉索松紧，以控制每根钢绞线(模型中的斜拉索)的受力状态，使其与实际桥梁工程同阶段状态吻合，指导科学研究。过于纤细的单根钢绞线无法保证在自然伸直的状态下直接和索力测试用传感器相连接，且由于斜拉索两端需要锚固在斜拉桥的桥塔和梁底，也无法通过直接松紧钢绞线进行索力调节，因此需实验人员自行设计能够固定斜拉索并与索力测试装置相连接的拉索锚固系统。

单根钢绞线直径小，质量轻，表面光滑，与锚固系统连接时需考虑由于锚固装置和索力测试装置质量远大于钢绞线而对钢绞线产生重力拉扯导致索力持续增大，受到锚固装置与测试装置的影响，使实验数据不能真实反映斜拉桥模型本身的受力特性，误差达到30％以上。当斜拉索和锚固装置接触出现严重相对滑移时，还曾出现过误差达到实际测试结果3倍以上的情况。

综上，需要研究轻质，抗滑动强，稳定，便携的室内矮塔斜拉桥模型用拉索锚固及索力测试装置，迫在眉睫。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种大尺寸模型试验用矮塔斜拉桥拉索锚固及索力测试装置。

本发明是这样实现的，一种大尺寸模型试验用矮塔斜拉桥拉索锚固及索力测试装置，所述大尺寸模型试验用矮塔斜拉桥拉索锚固及索力测试装置设置有：

调索螺杆；

调整接头上侧贯穿拉索导向管，拉索导向管内部贯穿有斜拉索，斜拉索缠绕在调索螺杆主线轴上，穿过上锚固螺杆与S形钢筋计相连，调整接头内部上、下侧卡设有卡丝装置；

调索螺杆右端焊接主线轴左端，调索螺杆通过螺母固定在调整接头左端，螺母和调整接头之间垫设有固定垫片、调索螺杆左端螺接调节把手；

调整接头下侧贯穿主梁锚固螺杆，主梁上锚固螺杆中的斜拉索与S形钢筋计上端相连，S形钢筋计下端与下锚固螺杆相连，下锚固螺杆套接有主梁锚固螺帽，主梁锚固螺帽之间垫设有防滑垫圈。

进一步，所述卡丝装置一端卡接调整接头固定，另一端与调索螺杆紧密接触；调节把手螺接在调索螺杆左端。

进一步，所述主梁上锚固螺杆螺接在调整接头的下面，与拉索导向管对称分布在调整接头的异侧，位于同一条直线上；

进一步，所述斜拉索固定在主塔上，主梁下锚固螺杆卡接在主梁中；主梁中设置有与主梁下锚固螺杆垂直设置的锚垫板，主梁锚固螺杆通过两个主梁锚固螺帽螺接在锚垫板上。

进一步，所述两个主梁锚固螺帽垫设有防滑垫圈。

进一步，所述调整接头的左端螺接有螺母，调索螺杆螺接螺母中，并伸入调整接头；螺母与调整接头之间垫设有固定垫片。

进一步，所述调整接头中开设有贯穿调整接头左右表面的通孔，通孔内径大于调索螺杆的外径；拉索导向管与通孔贯通设置。

进一步，所述调索螺杆在调整接头的贯穿通孔中设有变细槽口；调索螺杆在与卡丝装置的接触区域有变宽区域。

本发明的另一目的在于提供一种应用所述的大尺寸模型试验用矮塔斜拉桥拉索锚固及索力测试装置的大尺寸模型试验用矮塔斜拉桥拉索锚固及索力测试方法，所述大尺寸模型试验用矮塔斜拉桥拉索锚固及索力测试方法包括以下步骤：

步骤一，根据矮塔斜拉桥的缩尺比例计算模型各断面尺寸并制作桥梁模型；

步骤二，制作或准备以上各装置配件；

步骤三，将比实际拉索长度富余5cm长度的斜拉索一端穿过拉索导向管并固定并缠绕在调索螺杆上；

步骤四，斜拉索的另一端固定设置在主塔锚索区域内；

步骤五，主梁锚固螺杆焊接形S形钢筋计后，一端固定装配在调整接头上，另一端通过主梁锚固螺帽固定在锚垫板上；

步骤六，模型制作完毕后，拉出调节把手，通过转动调索螺杆调整索力值，被拉紧或放松的斜拉索牵动S形钢筋计，S形钢筋计连接在数据采集仪上，数据采集仪通过S形钢筋计中微小的应力变化换算成斜拉索内变化的索力值在仪器关联显示器上输出，因此可通过S形钢筋计连接的数据采集仪器读取、控制斜拉索张拉时的值；

步骤七，索力调整完毕后，旋转调节把手使卡丝装置从调整接头的变细槽口滑入调整接头的变宽区域，推入调节把手，将斜拉索压紧；

步骤八，拧紧螺母将调整接头固定，卡死斜拉索，并通过S形钢筋计连接的数据采集仪器，读取斜拉索张拉后的索力值。

本发明的另一目的在于提供一种使用所述大尺寸模型试验用矮塔斜拉桥拉索锚固及索力测试装置的矮塔斜拉桥。

综上所述，本发明的优点及积极效果为：针对现有的索力测试过程中拉索不能方便调节的缺陷，设置了调整接头结构，该结构承上启下，便于和斜拉索、主梁锚固螺杆安装连接，并且在其中设置了调索螺杆，通过转动调索螺杆的方式使斜拉索缠绕(或松开)在调索螺杆上，以达到收紧(或放松)斜拉索的目的，从而，对斜拉索进行方便的调整；同时针对调索过程中，容易产生拉索松脱的问题，在调索螺杆缠绕拉索区设置了变细槽口，并通过卡丝装置与调索螺杆变宽区的接触方式，简易切换调索、卡死功能，增加拉索的稳固性；同时针对斜拉索锚固后主梁加载、钻孔等后续工序对主梁锚固螺杆产生的振动影响，采用双主梁锚固螺帽设置，两个主梁锚固螺帽间增加防滑垫圈，缓解对斜拉索锚固系统带来的振动影响，并增加系统整体锚固力；同时设置了锚垫板，使承力点结构更加坚固。

本发明提供的大尺寸模型试验用矮塔斜拉桥拉索锚固及索力测试装置，使得大尺寸矮塔斜拉桥模型中斜拉索受力接近真实受力情况，并能方便快捷地实现索力的调整及索力的测试，简单易行，精度更高。

附图说明

图1是本发明实施例提供的大尺寸模型试验用矮塔斜拉桥拉索锚固及索力测试装置结构示意图；

图2是本发明实施例提供的大尺寸模型试验用矮塔斜拉桥拉索锚固及索力测试装置安装在矮塔斜拉桥模型上的示意图；

图3是本发明实施例提供的图2处A部分的放大图；

图4是本发明实施例提供的斜拉索与调索螺杆配合的初始结构示意图；

图5是本发明实施例提供的拉出调索螺杆准备调索时的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的调节斜拉索索力时的结构示意图；

图7是本发明实施例提供的调节完斜拉索索力、调节调索螺杆卡死斜拉索的结构示意图；

图中：1、调索螺杆；2、螺母；3、固定垫片；4、拉索导向管；5、斜拉索；6、调整接头；7、卡丝装置；8、主梁锚固螺杆；9、S形钢筋计；10、防滑垫圈；11、主梁锚固螺帽；12、锚垫板；13、主梁；14、主塔；15、主墩；16、调节把手。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明旨在解决现有技术采用在拉索中部安装S形钢筋计，由于斜拉索太细，传感器在连接时很难固定，且传感器的质量相对于试验模型的拉索而言较大，与斜拉索串联后，斜拉索容易发生滑脱、松弛，锚固系统失效，整个拉索的质量、刚度等性质均发生改变，导致实验数据误差较大；现有模型试验中易因卡索不牢引起的调索不方便、成本较高、较测试索力精度偏高的问题。本发明提供的大尺寸模型试验用矮塔斜拉桥拉索锚固及索力测试装置，使得大尺寸矮塔斜拉桥模型中斜拉索受力接近真实受力情况，并能方便快捷地实现索力的调整及索力的测试，简单易行，精度更高。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的大尺寸模型试验用矮塔斜拉桥拉索锚固及索力测试装置包括：调索螺杆1、螺母2、固定垫片3、拉索导向管4、斜拉索5、调整接头6、卡丝装置7、主梁锚固螺杆8、S形钢筋计9、防滑垫圈10、主梁锚固螺帽11、锚垫板12、主梁13、主塔14、主墩15、调节把手16。

调整接头6右侧贯穿拉索导向管4，拉索导向管4内部贯穿有斜拉索5，斜拉索5缠绕主线轴上，调整接头6内部下侧卡设有卡丝装置，调索螺杆1下端焊接主线轴上端，调索螺杆1通过螺母2固定在调整接头6上方，螺母2和调整接头6之间垫设有固定垫片3、调索螺杆1上端螺接调节把手16；调整接头6左侧贯穿主梁锚固螺杆8，主梁锚固螺杆8套接有S形钢筋计9、主梁锚固螺帽11，主梁锚固螺帽11之间垫设有防滑垫圈10。

如图2所示，主墩15上方是主塔14，主梁13垂直设置在主墩15、主塔14之间。测试时，斜拉索5的一端固定设置于主塔14上，另一端穿过拉索导向管4伸入到调整接头6内部缠绕在调索螺杆1上。拉索导向管4的作用是保持拉索的笔直，使拉索从调整接头6伸出后不会弯折。主梁锚固螺杆8安装在主梁13中。

如图3所示，考虑到承力点可能承力过大的问题，本发明中在主梁13中设置有与主梁锚固螺杆8垂直设置的锚垫板12，主梁锚固螺杆8通过主梁锚固螺帽11安装在锚垫板12上。

如图4-图7所示，调整接头6防止斜拉索5发生松脱的基本调整原理是，卡丝装置7与调索螺杆1固定，斜拉索与调索螺杆配合的初始结构如图4所示。当松开螺母2拉出调节把手16时，卡丝装置7受调整接头6牵制滑向调索螺杆1的变宽区域，释放调索螺杆1变细槽口区域的调索空间，如图5所示。调索结束后，向调整接头6方向推入调节把手16，卡丝装置7受调整接头6牵制滑向调索螺杆1的变细槽口区域，卡丝装置7与调索螺杆1接触并顶住缠在调整接头6变细槽口区域的斜拉索5，拧上螺母2固定调整接头6，将斜拉索5卡死。

调整接头6调整斜拉索5中索力的基本调整原理是，通过旋转调节把手16带动调索螺杆1，使伸入到调整接头6内部的斜拉索5在调索螺杆1上缠绕，缩短斜拉索5在调整接头6外部的长度，以此起到张紧斜拉索5的目的。而需要放松斜拉索5时，则反向转动调索螺杆1，使斜拉索5从调索螺杆1上脱下，如图5、图6所示。图5中，调索螺杆1未转动，而图6中调索螺杆1转动使斜拉索5缠绕其上，此时斜拉索5收紧。通过这种简便的调节方式，可快速省力地调整索力，并能做到对索力的精确调控。

本发明实施例提供的大尺寸模型试验用矮塔斜拉桥拉索锚固及索力测试方法包括以下步骤：

步骤一，根据矮塔斜拉桥的缩尺比例计算模型各断面尺寸并制作桥梁模型；

步骤二，制作或准备以上各装置配件；

步骤三，将比实际拉索长度富余5cm长度的斜拉索一端穿过拉索导向管并固定并缠绕在调索螺杆上；

步骤四，斜拉索的另一端固定设置在主塔锚索区域内；

步骤五，主梁锚固螺杆焊接S形钢筋计后，一端固定装配在调整接头上，另一端通过主梁锚固螺帽固定在锚垫板上；

步骤六，模型制作完毕后，拉出调节把手，通过转动调索螺杆调整索力值，并通过S形钢筋计连接的数据采集仪器读取、控制斜拉索张拉时的值；

步骤七，索力调整完毕后，旋转调节把手使卡丝装置从调整接头的变细槽口滑入调整接头的变宽区域，推入调节把手，将斜拉索压紧；

步骤八，拧紧螺母将调整接头固定，卡死斜拉索，并通过S形钢筋计连接的数据采集仪器，读取斜拉索张拉后的索力值。

本发明提供的调整接头6内部与卡丝装置7相连，卡丝装置7与调索螺杆1接触。调整接头6是一个承上启下的结构，其一方面与斜拉索5连接，另一方面与S形钢筋计9连接。本方案中考虑到S形钢筋计9的整体质量对试验模型影响较大，固不将S形钢筋计9设置在斜拉索5上，而是设置在调整接头6的另一侧，与斜拉索5异侧设置。调整接头6其最主要的作用是调整斜拉索5的张紧程度并防止斜拉索5出现松脱导致索力减小。

本发明提供的主梁锚固螺杆8主要有两个作用，一是由于其刚度大，将S形钢筋计9安装在其中可避免传感器质量对斜拉索5的影响；二是用来与主梁13连接。具体设置时，可将主梁锚固螺杆8从中部断开，将S形钢筋计9焊接在其中部，使S形钢筋计9串接成为其一部分，而在测试时主梁锚固螺杆8是与斜拉索5共线的，因此S形钢筋计9获取的数据能精确反应索力情况，通过数据采集仪对传感器获取的数据进行采集；由于矮塔斜拉桥模型中主梁厚度尺寸限制，S形钢筋计9采用小型S形钢筋计，设置方便，测量结果准确，其尺寸为5cm×5cm×1cm。

本发明提供的调索螺杆1旋转后位置需要固定，本发明中设置了螺母2。螺母2与调整接头6固定设置，与调索螺杆1配合设置。调索螺杆1伸入到调整接头6内部的通孔中，并不与通孔壁接触，而变细槽口留出来的空间是为了缠绕斜拉索5。由于调索螺杆1旋转后其会上下运动，故斜拉索5不会缠绕在调索螺杆1上同一位置而使其卡住。螺母2与调整接头6之间设置有固定垫片3，固定垫片3可以防止拉索端头外伸，并保护调整接头6内部的工作环境。调整接头6的侧壁上对称开设一对螺纹孔，分别用于和拉索导向管4、主梁锚固螺杆8连接。调整接头6的壁厚为12mm～15mm。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种大尺寸模型试验用矮塔斜拉桥拉索锚固及索力测试装置，其特征在于，所述大尺寸模型试验用矮塔斜拉桥拉索锚固及索力测试装置设置有：

调索螺杆；

调整接头上侧贯穿拉索导向管，拉索导向管内部贯穿有斜拉索，斜拉索缠绕在调索螺杆主线轴上，穿过上锚固螺杆与S形钢筋计相连，调整接头内部上、下侧卡设有卡丝装置；

调索螺杆右端焊接主线轴左端，调索螺杆通过螺母固定在调整接头左端，螺母和调整接头之间垫设有固定垫片、调索螺杆左端螺接调节把手；

调整接头下侧贯穿主梁锚固螺杆，主梁上锚固螺杆中的斜拉索与S形钢筋计上端相连，S形钢筋计下端与下锚固螺杆相连，下锚固螺杆套接有主梁锚固螺帽，主梁锚固螺帽之间垫设有防滑垫圈。

2.如权利要求1所述的大尺寸模型试验用矮塔斜拉桥拉索锚固及索力测试装置，其特征在于，所述卡丝装置一端卡接调整接头固定，另一端与调索螺杆紧密接触；调节把手螺接在调索螺杆左端。

3.如权利要求1所述的大尺寸模型试验用矮塔斜拉桥拉索锚固及索力测试装置，其特征在于，所述主梁上锚固螺杆螺接在调整接头的下面，与拉索导向管对称分布在调整接头的异侧，位于同一条直线上。

4.如权利要求1所述的大尺寸模型试验用矮塔斜拉桥拉索锚固及索力测试装置，其特征在于，所述斜拉索固定在主塔上，主梁下锚固螺杆卡接在主梁中；主梁中设置有与主梁下锚固螺杆垂直设置的锚垫板，主梁锚固螺杆通过两个主梁锚固螺帽螺接在锚垫板上。

5.如权利要求1所述的大尺寸模型试验用矮塔斜拉桥拉索锚固及索力测试装置，其特征在于，所述两个主梁锚固螺帽垫设有防滑垫圈。

6.如权利要求1所述的大尺寸模型试验用矮塔斜拉桥拉索锚固及索力测试装置，其特征在于，所述调整接头的左端螺接有螺母，调索螺杆螺接螺母中，并伸入调整接头；螺母与调整接头之间垫设有固定垫片。

7.如权利要求1所述的大尺寸模型试验用矮塔斜拉桥拉索锚固及索力测试装置，其特征在于，所述调整接头中开设有贯穿调整接头左右表面的通孔，通孔内径大于调索螺杆的外径；拉索导向管与通孔贯通设置。

8.如权利要求1所述的大尺寸模型试验用矮塔斜拉桥拉索锚固及索力测试装置，其特征在于，所述调索螺杆在调整接头的贯穿通孔中设有变细槽口；调索螺杆在与卡丝装置的接触区域有变宽区域。

9.一种应用如权利要求1所述的大尺寸模型试验用矮塔斜拉桥拉索锚固及索力测试装置的大尺寸模型试验用矮塔斜拉桥拉索锚固及索力测试方法，其特征在于，所述大尺寸模型试验用矮塔斜拉桥拉索锚固及索力测试方法包括以下步骤：

步骤一，根据矮塔斜拉桥的缩尺比例计算模型各断面尺寸并制作桥梁模型；

步骤二，制作或准备以上各装置配件；

步骤三，将比实际拉索长度富余5cm长度的斜拉索一端穿过拉索导向管并固定并缠绕在调索螺杆上；

步骤四，斜拉索的另一端固定设置在主塔锚索区域内；

步骤五，主梁锚固螺杆焊接形S形钢筋计后，一端固定装配在调整接头上，另一端通过主梁锚固螺帽固定在锚垫板上；

步骤六，模型制作完毕后，拉出调节把手，通过转动调索螺杆调整索力值，并通过S形钢筋计连接的数据采集仪器读取、控制斜拉索张拉时的值；

步骤七，索力调整完毕后，旋转调节把手使卡丝装置从调整接头的变细槽口滑入调整接头的变宽区域，推入调节把手，将斜拉索压紧；

步骤八，拧紧螺母将调整接头固定，卡死斜拉索，并通过S形钢筋计连接的数据采集仪器，读取斜拉索张拉后的索力值。

10.一种使用权利要求1～8任意一项所述大尺寸模型试验用矮塔斜拉桥拉索锚固及索力测试装置的矮塔斜拉桥。